V、N微合金化对高碳钢77B等温组织的影响

V、N微合金化对高碳钢77B等温组织的影响

王勇围1马党参2

（1. 首钢技术研究院，北京 100043；2. 钢铁研究总院结构材料所，北京 100081）

摘要对未微合金化和V、N微合金化的高碳钢77B进行了等温和奥氏体热变形后等温处理，结果表明：等温处理的V、N微合金化77B钢中，V(CN)的析出方式分为相间析出和弥散析出，珠光体片层间距比未微合金化的77B 宽，但珠光体团尺寸细化，经热变形等温处理后珠光体团进一步细化，这与V(CN)的形变诱导析出阻碍奥氏体回复再结晶，提高了珠光体的形核率有关。

关键词 77B V、N微合金化沉淀析出

Effection of V、N Micro-alloyed on Microstructure of High Carbon 77B by Isothermal Treated

Wang Yongwei1 Ma Dangshen2

( 1. ShouGang Research Institute of Technology, Beijing 100081;

2.Institute for Structural Materials, Central Iron and Steel Research Institute, Beijing 100081)

Abstract High carbon steel 77B with and without V、N micro-alloyed were isothermally treated and austenite thermally deformed then isothermally treated. Results show that: V(CN) can be inter-phase and randomly precipitated in 77B with V、N micro-alloyed after isothermally treated, but lamellar space of pearlite and peatlite cluster are broader and further fine than 77B steel without micro-alloyed. Pearlite cluster can be refined further after thermally deformed then isothermally treated, the reason include that deformation induced precipitation of V(CN) delayed the recovering and re-crystallization of austenite grain, and nucleating ratio of pearlite improved correspondingly.

Key words 77B，V、N micro-alloyed， precipitating

高碳钢预应力线材77B盘条常用于生产高强度预应力钢绞线，是高级硬线钢的代表钢种[1]，已广泛用于建筑、桥梁、交通、水利等现代化重要工程。近几年随着产量的大幅度增加，在装备上也越来越先进，尤其是近十几年新上的stelmore生产线，是世界上非常先进的设备和工艺。目前，我国已成为世界上拥有高速线材生产线最多、产量最大的国家。V是钢中常用的微合金化元素，加N后能促进V（CN）的析出，提高材料的强韧性。连续冷却可以看作无数个等温过程的叠加，本文通过盐浴等温和热变形+等温试验，结合金相，透射（TEM）电镜等分析方法初步探讨了V（CN）在高碳钢77B中的析出和对77B钢组织的影响，为进一步研究V、N对高碳钢线材性能的影响提供基础。

1 试验过程

真空冶炼25Kg 的高碳钢77B钢锭2炉，分为1号和2号。1号为未添加微合金元素的77B，主要成分：0.76%C-0.78%Mn-0.24%Si。2号为V、N微合金化钢77B，在1号的基础上添加的V、N总量为0.11%。均

王勇围，男，博士，工程师，从事材料开发，wangyw03@https://www.wendangku.net/doc/8a6117760.html,

V、N微合金化对高碳钢77B等温组织的影响

锻成Ф15mm棒材，退火。取若干样经1150℃加热后，在620℃进行盐浴等温处理10min，然后风冷至室温。另取若干样在Gleeble热模拟试验机上，经1150℃加热后冷至920℃变形50%，然后在620℃进行等温处理10min。

分别观察了试验钢的组织形貌和TEM下V（CN）析出物。用了文献[1]中的割线法测量了盐浴等温后的珠光体片层间距。

2 结果与分析

试验钢经不同工艺处理后的金相形貌如图1所示，可看出，退火态的珠光体片层最宽，这是由于冷速慢所致。其余工艺下试验钢的片层明显细化，500倍的金相下甚至看不出片层，用割线法测得1号和2号盐浴等温后的珠光体团片层间距分别为285nm和329nm。

1号-退火1号-等温1号-热变形+等温

2号-退火2号-等温2号-热变形+等温

图1 试验钢经不同工艺处理后的金相组织

加V、N的2号与1号相比，片层粗化，可能会降低强度，但V（CN）的沉淀析出能弥补甚至超过由于片层粗化引起的强度损失。图2是经透射电镜(TEM)观察到的2号钢盐浴等温后的V（CN）形貌，包括铁素体中大量线列状排列的相间析出和无序弥散分布析出两种形式，直径约10nm，经能谱证明了该颗粒为V的化合物。在所有微合金化元素中，V是最适合产生稳定而强烈的沉淀强化元素。主要是因为其碳氮化物溶解度积大，导致了高温下较大的溶解能力，在奥氏体区的范围内更容易处于固溶状态，当奥氏体向珠光体转变时，由于V在铁素体中的溶解度下降，使一部分V沿着奥氏体/铁素体界面以相间析出的方式而沉淀[2]。

a b c

图2 TEM下2号钢盐浴等温后的V（CN）析出形态

a—相间析出明场；b—无序析出明场；c—无序析出暗场

第八届（2011）中国钢铁年会论文集

盐浴等温和热变形+等温处理后的珠光体团尺寸经统计如图3所示，可看出，热变形后，试验钢的珠光体团均显著细化，且在相同工艺下，V 、N 微合金化的2号比1号珠光体团更细，说明热变形和微合金化对细化77B 钢的组织是很有利的。

1202

4

6

8101214161820

22

索氏体团尺寸（μm )钢号

图3 试验钢经不同工艺处理后珠光体团尺寸的变化

加V 、N 的2号，经热变形后珠光体团细化最明显，约5.3μm ，这与第二相对奥氏体再结晶的抑制有关。对高碳钢82B 的研究[3]表明， 950℃及其以上温度进行变形时将发生动态再结晶， 950℃以下发生动态回复，77B 钢可能有相似的规律。本试验中的变形温度为920℃，低于高碳钢的再结晶温度，奥氏体晶界面积的增加为珠光体的形核提供了更多位置。2号钢在920℃的平衡态下有V 的第二相沉淀发生，但经奥氏体热变形，在产生V （CN ）沉淀的温度范围内，通过形变储能将诱使钒氮（VN ）在奥氏体内沉淀，即形变诱导析出。以往对微合金化钢的研究表明[4]：918℃变形0.35后，V （CN ）析出增加，使奥氏体再结晶和回复的时间推迟。形变储能的重要特点就是分布的微区不均匀性，微区尺寸越小，形变储能的不均匀程度就越大

[5]。对于沉淀析出相变而言，由于沉淀析出相的临界核心尺寸在1nm 左右，当微区尺寸为1nm 时，相对于沉淀析出的化学自由能的数量级而言，此时形变储能对V （CN ）沉淀的促进作用将非常显著。

V （CN ）的密集析出对位错的回复具有抑制作用，奥氏体晶界面积和位错密度的增加在后续冷却过程中有利于提高索氏体的形核率，细化索氏体团尺寸。本试验中的2号钢经热变形，奥氏体晶界面积和缺陷密度的增加在后续冷却过程中有利于提高珠光体的形核率，细化了珠光体团尺寸，室温组织得以进一步改善。 3 结论

（1）V 、N 微合金化钢77B 经等温处理后，与未微合金化的77B 相比，片层间距增宽，V （CN ）在铁素体中的析出方式包括相间析出和弥散析出，产生第二相强化。

（2）奥氏体热变形能显著细化77B 钢的珠光体团，尤其对V 、N 微合金化的77B ，团平均直径能细化至5.3μm ，效果最显著，这与V （CN ）的形变诱导析出阻碍奥氏体晶粒回复再结晶有关。

参 考 文 献

[1] 彭超, 刘荣运.钢中珠光体片层间距的割线测量法[J].物理测试，1990(5):40-44.

[2] 周守则，赵敏，左汝林.钒对共析钢珠光体组织的影响.特钢技术[J]. 1997(2):23-26.

[3] 邱春林，吴香菊，齐克敏等.82B 高碳钢热变形奥氏体再结晶行为研究[J]. 热加工工艺, 2006;35(20):29-31.

[4] S.F. Medina, A. Quispe. Influence of strain rate on recrystallisation-precipitation interaction in V 、Nb, and V-Ti microalloyed steels[J]. Materials Science and Technology , 2000;16 :635-642.

[5] 雍歧龙. 钢铁材料中的第二相[M]. 北京：冶金工业出版社，2006：331-332.